1.本发明属于汽油机早燃抑制技术领域，涉及一种基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统。
背景技术：2.早燃现象属于汽油机的不正常燃烧现象，早燃发生时伴随有突爆声并出现功率下降和发动机过热的现象。早燃通常会引起超级爆震，产生较强的压力波动，最大缸内压力可能达到200bar，对发动机内部零部件造成较大的应力冲击，严重时强度较大的连续早燃会直接引起火花塞陶瓷体、活塞及活塞环、排气门、喷油器等零部件损害。
3.由于早燃是在火花塞点火之前油气混合气满足自燃条件所产生的，因此不同于普通爆震，通过推迟点火角的方法无法抑制早燃的发生。由于早燃现象的诱发原因及生成机理非常复杂，难以提前预判；现有技术为一般是在发动机满足一定运行条件时，通过em系统实时检测爆震传感器的信号，进行早燃强度计算，最终用于早燃识别。em系统识别到早燃后，再通过混合气加浓、减小其门重叠角、限制负荷或断油的方式进行控制。因而现有技术只能在早燃发生之后再进行补救，避免后续循环发生早燃，而无法对当前循环的早燃现象进行抑制。
技术实现要素：4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统，其特征在于，包括
7.喷洒单元，用于向汽油机的燃烧室内喷洒高压的液体介质，以降低燃烧室内的温度；
8.高压单元，用于产生直流高压并施加至汽油机的火花塞上，通过火花塞在汽油机的燃烧室内形成离子电流电场；以及通过火花塞采集燃烧室内的离子电流电场产生的电流信号并送给电压转换单元；
9.信号处理单元，用于将高压单元送来的离子电流信号转换为电压信号，并对转换后的电压信号进行处理，得到微处理器能够识别的信号送给早燃抑制单元；以及
10.早燃抑制单元，用于对信号处理单元送来的电压信号进行积分运算，当运算结果大于预先设置的电压阈值时，使喷洒单元向燃烧室内喷洒液体介质。
11.进一步的，所述早燃抑制单元还用于获取汽油机的转速及汽油机当前循环喷射的燃油量，并在需要喷洒液体介质时根据汽油机的转速及汽油机当前循环喷射的燃油量确定液体介质的喷洒量。
12.进一步的，根据汽油机的转速及汽油机当前循环喷射的燃油量确定液体介质的喷洒量的方法为：预先通过试验对汽油机的转速和汽油机当前循环喷射的燃油量与液体介质
的喷洒量的对应数值进行标定，将标定值以数据表的形式存储在早燃抑制单元中，早燃抑制单元在需要喷洒液体介质时根据汽油机的转速及汽油机当前循环喷射的燃油量进行查表，获取对应的喷洒液体介质的喷洒量。
13.进一步的，预先测试电磁阀的开启时长与喷洒量的对应关系，并将电磁阀的开启时长与喷洒量的对应关系存储至早燃抑制单元，所述早燃抑制单元还用于根据喷洒量计算电磁阀的开启时长，并控制电磁阀开启相应的时长。
14.进一步的，所述喷洒单元包括储液罐、高压泵、电磁阀和喷嘴，所述喷嘴的一端穿设进汽油机的燃烧室中，所述电磁阀的一端与喷嘴连接，另一端与高压泵的出液口连接，所述高压泵的进液口与储液罐连接管，所述储液罐中储存有液体介质。
15.进一步的，所述喷嘴倾斜设置在临近火花塞的位置处。
16.进一步的，所述喷洒单元还包括高压液体流量计，所述高压液体流量计的一端与电磁阀连接，另一端与高压泵的出液口连接，所述早燃抑制单元与高压液体流量计电连接，并根据高压液体流量计的测量值计算喷洒单元当次喷洒的喷洒量，当喷洒量达到确定的液体介质的喷洒量时，所述早燃抑制单元使电磁阀关闭。
17.进一步的，所述液体介质为蒸馏水。
18.进一步的，所述高压单元包括电池、高压硅堆和高压生成模块，所述高压生成模块用于将电池输出的低压直流电升压为交流电；所述高压硅堆用于将高压生成模块生成的交流电整流为直流电，以及实现火花塞与高压生成模块的隔离；所述电池与高压生成模块电连接，所述高压生成模块与高压硅堆电连接，所述高压硅堆与火花塞电连接，所述高压生成模块还与信号处理单元电连接。
19.进一步的，所述信号处理单元包括第一可变电阻、第二可变电阻和信号转换模块，所述第一可变电阻的第一端与高压生成模块电连接，第二端与第二可变电阻的第一端电连接，所述第二可变电阻的第二端和所述汽油机的机体均接地；所述信号转换模块的输入端与第二可变电阻的第一端电连接，输出端与早燃抑制单元电连接。
20.本发明中，通过对缸内离子电流的检测来提前预判汽油机是否会发生早燃现象，并在预判到将会发生早燃后，通过喷洒液体介质使燃烧室的温度降低，从而能够实现对当前循环的早燃现象的抑制。另外，根据汽油机的转速及汽油机当前循环喷射的燃油量还能得出汽油机的当前工况，并针对汽油机的不同工况选择合适的喷洒量，从而既能够抑制早燃现象，又不会影响汽油机的燃烧效率，具有广泛的推广价值。
附图说明
21.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
22.图1为本发明基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统的一个优选实施例的结构示意图。
23.图2为本发明基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统的另一优选实施例的结构示意图。
24.图中：1.燃烧室，2.喷洒单元，3.高压单元，4.信号处理单元，5.早燃抑制单元，11.火花塞，21.储液罐，33.高压泵，23.电磁阀，24.高压液体流量计，25.喷嘴，26.连接管，31.
高压硅堆，32.高压生成模块，33.电池，41.第一可变电阻，42.第二可变电阻，43.信号转换模块。
具体实施方式
25.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.实施例1
27.如图1所示，所述汽油机的机体内设置有燃烧室1以及一端穿设进燃烧室1的火花塞11，当然，所述汽油机还设置有节气门、喷油器、凸轮轴、活塞环、活塞等其他必需的部件，由于本发明不涉及这些部件，因此不作赘述。本发明基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统的一个优选实施例包括喷洒单元2、高压单元3、信号处理单元4和早燃抑制单元5。所述喷洒单元2的一端伸入汽油机的燃烧室1中，所述高压单元3与汽油机的火花塞11电连接，所述信号处理单元4与高压单元3电连接，所述早燃抑制单元5分别与信号处理单元4和喷洒单元2电连接。
28.所述喷洒单元2用于向汽油机的燃烧室1内喷洒高压的液体介质，以降低燃烧室1内的温度。在本实施例中，所述喷洒单元2优选为包括储液罐21、高压泵33、电磁阀23和喷嘴25，所述喷嘴25的一端穿设进汽油机的燃烧室1中，为更好地降低喷嘴25点火区域的温度，所述喷嘴25优选为倾斜设置在临近火花塞11的位置处。所述电磁阀23的一端通过连接管26与喷嘴25相连，另一端通过连接管26与高压泵33的出液口相连，所述高压泵33的进液口连接有伸入储液罐21中的连接管26。所述储液罐21中储存有用于喷洒的液体介质。保证喷洒单元2的工作可靠性，所述连接管26优选为采用高标格不锈钢材质。为避免液体介质中的杂质对燃烧室1造成腐蚀，所述液体介质优选为蒸馏水。由于汽油机燃烧过程中会在燃烧室1内形成高压，为了保证喷洒的效果，所述高压泵33产生的液体压力优选为30～35mpa，以满足汽油机燃烧过程中对喷射压力的要求，在喷射过程中保持喷射压力稳定。
29.所述高压单元3用于产生直流高压并施加至汽油机的火花塞11上，通过火花塞11在汽油机的燃烧室1内形成离子电流电场；以及通过火花塞11采集燃烧室1内的离子电流电场产生的电流信号并送给电压转换单元。所述高压单元3优选为包括电池33、高压硅堆31和高压生成模块32，所述电池33与高压生成模块32电连接，所述高压生成模块32与高压硅堆31电连接，所述高压硅堆31与火花塞11电连接，所述高压生成模块32还与信号处理单元4电连接。所述电池33可以为12v蓄电池33，也可以为48v或其他电压的蓄电池33或锂电池33。所述高压生成模块32用于将电池33输出的低压直流电升压为120v～150v的交流电。所述高压硅堆31一般由多只高压整流二极管串联组成，用于将高压生成模块32生成的交流电整流为直流电，以及实现火花塞11与高压生成模块32的隔离。
30.所述信号处理单元4用于将高压单元3送来的离子电流信号转换为电压信号，并对转换后的电压信号进行处理，得到微处理器能够识别的信号送给早燃抑制单元5。所述信号处理单元4优选为包括第一可变电阻41、第二可变电阻42和信号转换模块43，所述第一可变电阻41的第一端与高压生成模块32电连接，第二端与第二可变电阻42的第一端电连接，所述第二可变电阻42的第二端和所述汽油机的机体均接地；通过第一可变电阻41和第二可变
电阻42形成取样电路，将高压单元3送来的离子电流信号转换为电压信号并从第一可变电阻41和第二可变电阻42的连接处进行取样得到电压信号，所述信号转换模块43的输入端与第一可变电阻41和第二可变电阻42的连接处电连接，输出端与早燃抑制单元5电连接，用于将取样得到电压信号转换为微处理器能够处理的信号，以便于微处理器对取样信号进行处理。
31.所述早燃抑制单元5采用微处理器结构，用于对信号处理单元4送来的电压信号进行积分运算，当运算结果大于预先设置的电压阈值时，使喷洒单元2向燃烧室1内喷洒液体介质。为了区分汽油机的不同工况，避免因液体喷洒量过小导致燃烧室1内温度仍然过高从而未能抑制早燃，同时为了避免因液体喷洒量过大导致燃烧室1内温度过低从而使汽油机在当前循环的燃烧效率大幅下降；需要在喷洒液体介质之前精确得出喷洒单元2所需要的喷洒量。因此，还可通过所述早燃抑制单元5获取汽油机的转速及汽油机当前循环喷射的燃油量得出汽油机的当前工况，并在需要喷洒液体介质时根据汽油机的转速及汽油机当前循环喷射的燃油量确定液体介质的喷洒量。具体方法为：
32.预先通过试验对汽油机的转速和汽油机当前循环喷射的燃油量与液体介质的喷洒量的对应数值进行标定，将标定值以数据表的形式存储在早燃抑制单元5中，早燃抑制单元5在需要喷洒液体介质时根据汽油机的转速及汽油机当前循环喷射的燃油量进行查表，获取对应的喷洒液体介质的喷洒量。另外，还可以预先测试电磁阀23的开启时长与喷洒量的对应关系，并将电磁阀23的开启时长与喷洒量的对应关系存储至早燃抑制单元5，所述早燃抑制单元5即可根据喷洒量计算电磁阀23的开启时长，并控制电磁阀23开启相应的时长，从而精确控制喷洒单元2的喷洒量，准确实现对汽油机的早燃抑制。
33.本实施例的工作过程如下：
34.工作时，所述直流高压组件将电池33电压提升至120-180v后通过高压硅堆31作用于火花塞11，从而施加于汽油机的燃烧室1内，在汽油机燃烧室1内建立定向电场并形成离子电流检测电场；信号处理单元4通过第一可变电阻41和第二可变电阻42将采集到的离子电流信号转换为电压信号，并通过信号转换模块43将电压信号转换为微处理器能够处理的信号，送给早燃抑制单元5的微处理器进行处理。早燃抑制单元5对缸内离子电流转换的电压持续进行积分运算，当积分运算结果超过预先设置的电压阈值后，根据当前循环的喷油量及汽油机转速计算出所需的喷洒量，并通过对电磁阀23的控制使喷洒单元2喷洒出预定数量的液体介质，抑制汽油机早燃现象，使汽油机可以安全地工作在更加提前的点火时刻策略下，从而能够获得更优的燃油经济表现。
35.本实施例中，通过在汽油机燃烧室1内建立定向电场并对缸内离子电流进行检测，以及通过采集离子电流信号并将离子电流信号转换为电压信号后进行积分运算，能够得到点火时刻前的离子电流积分值大小，从而实现对汽油机早燃现象的提前预测，准确得出喷洒液体介质的时机。另外，根据汽油机的转速及汽油机当前循环喷射的燃油量还能得出汽油机的当前工况，并针对汽油机的不同工况选择合适的喷洒量，从而既能够实现对当前循环的早燃现象抑制，又不会影响汽油机的燃烧效率，具有广泛的推广价值。
36.实施例2
37.如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于，所述喷洒单元2还包括高压液体流量计24，所述高压液体流量计24的一端通过连接管26与电磁阀23连接，另一端通过连接管26
与高压泵33的出液口连接，所述早燃抑制单元5与高压液体流量计24电连接，并根据高压液体流量计24的测量值计算喷洒单元2在当前循环喷洒液体介质的喷洒量，当喷洒量达到确定的液体介质的喷洒量时，所述早燃抑制单元5使电磁阀23关闭。本实施例中工作时，不需要建立预先测试电磁阀23的开启时长与喷洒量的对应关系，可直接通过高压液体流量计24精确测量出喷洒单元2的喷洒量，从而实现对液体介质的喷洒量的精确控制，本实施例的其他工作原理与实施例1相同。由于本实施例采用了高压液体流量计24，能够更加精确地测量出喷洒单元2的喷洒量，从而能够更加精确地对喷洒量进行控制。
38.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
技术特征：1.一种基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统，其特征在于，包括喷洒单元，用于向汽油机的燃烧室内喷洒高压的液体介质，以降低燃烧室内的温度；高压单元，用于产生直流高压并施加至汽油机的火花塞上，通过火花塞在汽油机的燃烧室内形成离子电流电场；以及通过火花塞采集燃烧室内的离子电流电场产生的电流信号并送给电压转换单元；信号处理单元，用于将高压单元送来的离子电流信号转换为电压信号，并对转换后的电压信号进行处理，得到微处理器能够识别的信号送给早燃抑制单元；以及早燃抑制单元，用于对信号处理单元送来的电压信号进行积分运算，当运算结果大于预先设置的电压阈值时，使喷洒单元向燃烧室内喷洒液体介质。2.根据权利要求1所述的基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统，其特征在于，所述早燃抑制单元还用于获取汽油机的转速及汽油机当前循环喷射的燃油量，并在需要喷洒液体介质时根据汽油机的转速及汽油机当前循环喷射的燃油量确定液体介质的喷洒量。3.根据权利要求2所述的基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统，其特征在于，根据汽油机的转速及汽油机当前循环喷射的燃油量确定液体介质的喷洒量的方法为：预先通过试验对汽油机的转速和汽油机当前循环喷射的燃油量与液体介质的喷洒量的对应数值进行标定，将标定值以数据表的形式存储在早燃抑制单元中，早燃抑制单元在需要喷洒液体介质时根据汽油机的转速及汽油机当前循环喷射的燃油量进行查表，获取对应的喷洒液体介质的喷洒量。4.根据权利要求2所述的基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统，其特征在于，预先测试电磁阀的开启时长与喷洒量的对应关系，并将电磁阀的开启时长与喷洒量的对应关系存储至早燃抑制单元，所述早燃抑制单元还用于根据喷洒量计算电磁阀的开启时长，并控制电磁阀开启相应的时长。5.根据权利要求2所述的基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统，其特征在于，所述喷洒单元包括储液罐、高压泵、电磁阀和喷嘴，所述喷嘴的一端穿设进汽油机的燃烧室中，所述电磁阀的一端与喷嘴连接，另一端与高压泵的出液口连接，所述高压泵的进液口与储液罐连接管，所述储液罐中储存有液体介质。6.根据权利要求5所述的基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统，其特征在于，所述喷嘴倾斜设置在临近火花塞的位置处。7.根据权利要求5所述的基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统，其特征在于，所述喷洒单元还包括高压液体流量计，所述高压液体流量计的一端与电磁阀连接，另一端与高压泵的出液口连接，所述早燃抑制单元与高压液体流量计电连接，并根据高压液体流量计的测量值计算喷洒单元当次喷洒的喷洒量，当喷洒量达到确定的液体介质的喷洒量时，所述早燃抑制单元使电磁阀关闭。8.根据权利要求1所述的基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统，其特征在于，所述液体介质为蒸馏水。9.根据权利要求1所述的基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统，其特征在于，所述高压单元包括电池、高压硅堆和高压生成模块，所述高压生成模块用于将电池输出的低压直流电升压为交流电；所述高压硅堆用于将高压生成模块生成的交流电整流为直流电，以及实现火花塞与高压生成模块的隔离；所述电池与高压生成模块电连接，所述高压生
成模块与高压硅堆电连接，所述高压硅堆与火花塞电连接，所述高压生成模块还与信号处理单元电连接。10.根据权利要求1所述的基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统，其特征在于，所述信号处理单元包括第一可变电阻、第二可变电阻和信号转换模块，所述第一可变电阻的第一端与高压生成模块电连接，第二端与第二可变电阻的第一端电连接，所述第二可变电阻的第二端和所述汽油机的机体均接地；所述信号转换模块的输入端与第二可变电阻的第一端电连接，输出端与早燃抑制单元电连接。
技术总结本发明涉及一种基于缸内离子电流检测的汽油机早燃抑制系统，包括喷洒单元、高压单元、信号处理单元和早燃抑制单元。喷洒单元用于向汽油机的燃烧室内喷洒高压的液体介质；高压单元用于在汽油机的燃烧室内形成离子电流电场；信号处理单元用于将离子电流信号转换为电压信号；早燃抑制单元用于对信号处理单元送来的电压信号进行积分运算，当运算结果大于预先设置的电压阈值时，使喷洒单元向燃烧室内喷洒液体介质。本发明中，通过对缸内离子电流的检测来对汽油机的早燃现象进行提前预测，并在预判到将会发生早燃后，通过喷洒液体介质使燃烧室的温度降低，从而实现对当前循环的早燃现象抑制，具有广泛的推广价值。具有广泛的推广价值。具有广泛的推广价值。
技术研发人员：张双荣 许匀峰 庄建兵
受保护的技术使用者：联合汽车电子（重庆）有限公司
技术研发日：2022.06.23
技术公布日：2022/11/1
